Einfluss des Strangpressens in Gegendruck auf die Schwingfestigkeit und die Verformungsmechanismen der Magnesiumlegierung AZ 31
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Strangpressen in Gegendruck stellt eine Möglichkeit dar, die mechanischen Eigenschaften von Magnesiumknetlegierungen zu verbessern. Die gesteigerte Stauchgrenze ist im Wesentlichen auf die reduzierte Korngröße zurückzuführen, die durch die schnellere Abkühlleistung beim Strangpressen mit Gegendruck im Vergleich zum konventionellen Strangpressen erklärt werden kann, da hierdurch die statische Rekristallisation und das Kornwachstum der Strangpressprodukte gehemmt werden. Der Einfluss der Strangpressparameter (Bolzeneinsatztemperatur und Pressverhältnis) und der Abkühlbedingungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften wurde für zwei kommerzielle Magnesiumknetlegierungen AZ31 und ME21 detailliert charakterisiert. Die Korngrößen und die Fließgrenzen der AZ31‐Strangpressprodukte können durch die Variation der Pressbedingungen beeinflusst werden. Die Korngröße der ME21‐Strangpressprodukte ist nahezu unabhängig von den Pressbedingungen, die Textur kann hingegen gezielt variiert werden und es bildet sich eine (1121)‐ oder (1122)‐Texturkomponente parallel zur Strangpressrichtung, die sogenannte Seltene‐Erden‐Textur (SE‐Textur). Erstmals konnte belegt werden, dass die ME21‐Strangpressprodukte aufgrund der SE‐Textur verstärkt durch basale Gleitsysteme verformen, so dass der Mechanismus der (1012)(1011) Zugzwillingsbildung auch für Druckdehnungen größer ‐8 % noch nicht erschöpft ist. Somit können größere Bruchdehnungen erreicht werden. Beim Strangpressen mit Gegendruck wird SRX und Kornwachstum gehemmt und es bildet sich die typische (1010)‐Umformtextur aus. Somit können größere Festigkeiten erzielt werden, wobei die Duktilität sinkt. Das Ermüdungsverhalten wurde für die Strangpressprodukte beider Magnesiumlegierungen im uniaxialen Schwingversuch für verschiedene Ausgangszustände untersucht. Die Lebensdauer der AZ31‐Strangpressprodukte kann sowohl im dehnungsgeregelten, sowie im spannungsgeregelten Schwingversuch durch einen Basquin‐ und einen bilinearen Manson‐Coffin‐Ansatz beschrieben werden, wobei eine Dehnungsamplitude Epsilon A = 0,6 % bzw. eine Spannungsamplitude Delta A = 140 - 160 MPa den Übergang zwischen dem LCF‐ und dem HCF‐Regime kennzeichnet. Die Verformung der AZ31‐Strangpressprodukte unter Druckbelastung wird durch die Bildung von (1012)(1011) Zugzwillingen, bei nachfolgender Zugbelastung durch deren Rückbildung bestimmt. Die Baufehlerdichte steigt unabhängig von der Lastamplitude mit steigenden Lastwechseln. Für dehnungsgeregelte Schwingversuche und kleine Dehnungsamplituden Epsilon A < 0,6 % führt die erhöhte Baufehlerdichte zu einer Behinderung sowohl der Zwillingsbildung als auch deren Rückbildung. Für Epsilon A > 0,6 % wird der Effekt der erhöhten Baufehlerdichte durch die zyklische Verfestigung kompensiert. Die Verfestigung im Druckbereich wird durch den Anstieg der Mikrolastspannungen der (1120) orientierten Kristallite hervorgerufen, wodurch in diesen Kristalliten verstärkt Zwillinge gebildet werden können. Diese Arbeit belegte hierbei erstmals, dass die Entwicklung der Zwillingsaktivität als Funktion der Lastwechselzahl auch von Epsilon A abhängt. Die ME21‐Strangpressprodukte zeigen im Vergleich zu AZ31 eine deutlich geringere Asymmetrie der Delta‐Epsilon‐Hysterese. Dies wird durch die leichte Aktivierung basaler Gleitsysteme erklärt, wodurch die Zwillingsbildung bzw. ‐rückbildung einen geringeren Anteil der Verformung unter zyklischer Wechselbelastung realisieren muss.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Changes of the texture and the mechanical properties of the extruded Mg alloy ME21 as a function of the process parameters, Mater. Sci. Eng. A 528 (2010), 342
M. Huppmann, S. Gall, S. Müller, W. Reimers
- Development of Twin Fractions and Microstresses of the Hot Extruded Magnesium Alloy AZ31 under Cyclic Loading Conditions, Mater. Sci. Forum 638 - 642 (2010), 2411
M. Huppmann, W. Reimers
- Fatigue properties of the hot extruded magnesium alloy AZ31, Mater. Sci. Eng. A 527 (2010), 5514
M. Huppmann, M. Lentz, K. Brömmelhoff, W. Reimers
- Low Cycle Fatigue Properties of Extruded Magnesium Alloy AZ31 Processed by Different Extrusion Conditions, in K.U. Kainer (Hrsg.): Magnesium – 8th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications, WILEY-VCH, Weinheim, 2010, 739
M. Huppmann, K. Brömmelhoff, W. Reimers
- Microstructural development of the hot extruded magnesium alloy AZ31 under cyclic testing conditions, Int. J. Mat. Res. 101 (2010), 1441
M. Huppmann, S. Stark, W. Reimers
- Microstructure and mechanical properties of differently extruded AZ31 magnesium alloy, Int. J. Mat. Res. 101 (2010), 1264
M. Huppmann, W. Reimers
- Analyses of deformation twinning in the extruded magnesium alloy AZ31 after compressive and cyclic loading, J. Mater. Sci. 46 (2011), 938
M. Huppmann, M. Lentz, S. Chedid, W. Reimers
- The effect of heat treatments on the microstructure, texture and mechanical properties of the extruded magnesium alloy ME21, Int. J. Mat. Res. 102 (2011), 1133
K. Brömmelhoff, M. Huppmann, W. Reimers
